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浅谈无线IP网络中的QoS规范


浅谈无线 IP 网络中的 QoS规范 S

摘要: 摘要:随着下一代网络的飞速发展,用户之间可以通过多种多样的无线设备相互 联络,而这些无线设备则通过一个基于 IP 的核心网络所提供的无线链路相互连 结的。虽然存在如 IP 协议之类的共同规范,但是要将许多不同的网络融合起来, 而这些网络有着各自不同的 QoS 模型, 这无疑将使端到端的 QoS 保证变得更加复

杂。文忠讨论了对端到端 QoS 协议进行标准化的必要性,重点研究了位于服务层 的 QoS 规范,提出了一种通用服务规范(GSS) ,并对端提供 QoS 保证的服务等级 进行了规范。 关键词: 关键词:服务质量,信令协议,服务规范,综合业务,差分业务 0 引言 当前,人们对 IP 将成为下一代网络的基础已达成共识。IP 已经在游戏网络 中占据主导地位,研究机构已将目标转向全 IP 无线网络的研究,不仅依靠 IP 进行包交换,同时开发基于 IP 的协议来完成一些新的使命。但是, IP 协议在 不同环境中的应用将附加一些额外的要求,在移动环境中直接应用 IP 机制和协 议并非易事。 假设如图1所示的端到端路径首先穿过一个接入网络, 这个接入网络可能是 高速有线网络(如 IPDSL) 、有线局域网(如802.11) 、无线广域网(如 UMTS)甚至是卫星。基于 IP 的核心网络将可能对这些接入网络提供服务支 持 , 并 对 终 端 设 备 和 连 结 在 I nternet 骨 干 网 上 的 网 关 提 供 IP 连 结 。

综上所述,即使假设端到端路径的每个部分都有QoS 保证机制,提供端到 端的 QoS 保证也并非能够轻易实现, 因此标准化成为提供端到端 QoS 保证的唯一 途径。 假设不同的网络可自由选择不同的 QoS 模型,如何建立一个由提供不同 QoS 保证机制的域所组成的端到端的 QoS 路径成了研究的重点。为了达到该目标,需 要建立一个可在每个域中执行的端到端 QoS 信令协议, 并采用一种通用方式对端 到端的 QoS 要求进行描述。自从无线接入网络出现以来,端到端的 QoS 要求必须 编译成可在 QoS 模型的第三层和第二层同时执行的语言。 1 QoS 信令协议
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当进行端到端通信时,终端之间可能跨越多个不同的域,而这些域有着各自 不同的策略、资源控制方案和流量控制机制,所以在进行端到端通信时,需要一 种共同的语言,即信令协议。 当前的工作将是对QoS 信令的性能进行进一步拓展,使其所提供的QoS 保 证从静态的 IP 网络步伐拓展, 使其所提供的 QoS 保证从静态的 IP 网络向动态网 络发展,并对符合相应 QoS 规范的信息进行传输。网络终端之间可通过这些信令 就彼此的 QoS 要求进行通信,建立所期望的端到端路径的 QoS 等级。为了对传输 的信息进行标准化,使不同网络之间具有互操作能力,并能将信令协议从传输的 信息中分离出来,控制信息可以附加在任何信令协议中,使其对任何独立系统都 具有可读性。 当信令在大型网络中传输时,必须仔细考虑流量、可测量性和性能等问题。 应尽量减少用作建立和维护的资源预留、 预留控制以及数据包前向转发状态的信 令数量,使信令协议和不断增长的流量成比例。QoS 信令机制可使质量和效率之 间达到更好的平衡,对独立的业务流提供分级发送服务。 可通过许多不同的方式使用信令协议 (如用户申请、 其它信令要求和网络管 理功能等) 。方式的多样性表明可在网络的不同地方对信令初始化或终止,这是 由当前的网络配置和客户端能力及所采用的接入技术决定的。 有时人们希望在网 络的其它部分(如代理服务器)而不是在网络终端对 QoS 信令进行初始化。当终 端用户不支持一个特定的 QoS 信令协议时,或是终端设备、安全性、主机和网络 之间的连接、认证和授权等能力受到限制时,就有必要引入一个代理服务器。 2 通用服务规范 端到端 QoS 的保证意味着在组成端到端链路的每个域内都必须存在一些流 量控制和资源管理机制。为了有效地进行流量控制和资源管理,每个 QoS 模型自 行定义其管理机制和参数。通常,QoS 模型是建立在分级基础上的。网络管理者 使用流量控制和资源管理技术在其控制域内对服务提供 QoS 保障, 这种保障是建 立在根据服务等级对流量进行分级管理的基础之上的。 现有最著名的服务分级范例有综合业务(Intserv)模型和 UMTS 等。 在每个框 架中,定义了许多服务等级与 QoS 要求相对应。例如,在 Intserv 模型中,针对 不同的 QoS 要求,定义了有保证的业务、控制负载的业务和尽力而为的业务 3 种业务级别。3GPP 为 UMTS 定义了传统型、交互型、流动型和后台型 4 种服务等 级, 4 种服务等级和所要求的主要服务类型相对应。 这 而在差分业务 (Diffserv) 模型中,并未对特定的服务进行详细说明,而只是就如何服务进行定义提供了粗 略的框架。 为了建立端到端的 QoS 体制, 携带 QoS 要求的信令应在其所通过的每个域都 具有可读性。在这些域中,相应的模块可根据信令中的 QoS 要求提供具体的 QoS 解决方案, 同时根据所需服务等级提供必要的流量控制功能及数据包调度之类得 资源管理机制。综上所述,对 QoS 要求的描述必须按照一个统一规范的模式进行 ( 如 图 2 所 示 ) 。

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通用服务规范(GSS-generic service specification)是实现该目标 的重要组成部分。它提供了一种通用服务等级规范,使网络管理者可根据该规范 对各自域的服务等级进行描述。 假设一个端到端 QoS 协议对某个提供 QoS 保证的 会话也采用这种方案进行传输,则可通过配置智能映射算法,使网络中的某个信 息在某个域进行传输时将其直接映射某个具体的服务等级。 3 通用服务规范方案 GSS 方案必须能对所建立的会话中的QoS 服务对象进行描述,同时对任何 QoS 模型,可根据其结构提供相应的服务。换言之,GSS 方案必须对所有参数的 值及其相应的选项进行定义。其中,参数对所提供服务的不同特性进行描述,而 其选项可采用定性或定量的值,或二者皆有。 这些参数包含了所有的因素, 包括定性的、 定量的或希望提供的服务。 首先, 必须确定与 QoS 服务规范行对应的服务等级。其次,需要采用 QoS 规范中相应的 流量参数。IP 网络中最基本的 QoS 由以下参数集描述:比特率、延迟、抖动和 包丢失率。 这些参数与服务等级的本质特性及其基本的 IP 包传输性能紧密相连, 而相同服务等级所支持的数据流得个体特征性相互独立。基于上述考虑,在GS S方案中,定义 QoS 规范由以下参数组成:最大传输延迟、最大传输抖动、最大 双向延迟、丢包率以及带宽和吞吐量保证。这些参数的值可用数值表述或是描述 性的。例如,对于某个服务等级的最大传输迟延为250ms。对于描述性的值而 言,GSS 方案定义了 6 个离散值来描述每个参数所代表的相应服务等级的性能。 这些值分别为:非常低、低、中等、高、非常高和未定义。通过数值之间的直接 对比,可分析出不同的服务等级。数值型和描述型之间的联系非常重要,有待进 一步深入研究。 此外,GSS 方案对流量规范进行了定义,这些流量规范由纯流量问题(如接 入控制、资源管理和流量管理等)相关的参数组成,这些参数包括比特率、数据 包大小、自适应性和生存期。 数据流得比特率可以是常量或变量。 对于一个变化的比特率而言, 可以规定 平均、最大和最小比特率。这是根据每秒传输的比特率衡量的,但也可以用非常 低、低、中等、高、非常高和未定义等描述性语言表述。 数据包大小既可以是常量,也可以是变量。对于变量而言,可进一步将其定
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义为中等、最大或最小。这些参数均以字节数衡量,同时也可以用非常小、小、 中等、大、非常大和未定义之类得描述性语言表述。在要求低传输延迟的服务等 级中,数据包大小非常重要,因为这类服务常常需要非常小的数据包。例如,IP 电话服务中产生的数据包大小为小于100byte 的常量,如果其中混合了大型 数据包,将导致不可预测的后果和不可接受的延迟。 具有自适应性的数据流可根据线路所能提供的带宽对自身的带宽需求做出 相应的调整。 通常, 自适应性是产生数据流某个应用的特性, 是一个重要的因素。 在这种情况下,网络的资源预留可根据新的情况做出相应的修改。因此,如果某 个数据流不具有自适应性,它对服务等级和网络参数的选择应该是非常精确的, 从而端到端的通信也是非常高效的。适应性选项为是、否和未定义。 生存期是另一个与流量相关的参数,同样显示与服务本质相关的一些信息。 这个参数的选项为短生存期、长生存期和未定义的。短生存期数据流经常与实时 交易相联系,需要差错保护和对双向延迟进行约束。 总之, 这些 QoS 规范的参数将对服务的本质特性进行描述。 不同质量的服务 可以通过这些参数进行对比。与其它服务相比,具有带宽保证和较低延迟、抖动 和丢包率的服务,能保证更高质量的服务。 4 结束语 本文讨论了建立端到端 QoS 的过程,重点研究了位于服务层的 QoS 规范,提 出了 GSS 方案,对 QoS 的要求将更高,而 GSS 将有更广泛的应用。

-------------------参考文献: 参考文献: 1 2 3 4 铁玲,蒋玲鸽,诸鸿文。下一代 IP 网的QoS 和移动性结构.计算机 工程〔J〕 ,2001,27(3) :54~55 J.Gozdecki et al .Quality of Servicw Terminology in IP Networks.IEEE Common 2003(3):153~159 H.Chaskar.Requirements of a Quality of Service Solution for mobile IP.RFC 3583.2003(9) W.Pattara-Atikom et al.Distributec Mechanisms for Quality of Service in Wireless LANS.IEEE Wireless Commun.2003(6).26~34

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